Atmosphärenschichten eines Exoplaneten gemessen

Die Entdeckung von Exoplaneten schreitet rasant voran. Allerdings ist es immer noch eine Herausforderung, mehr Details über die Welten außerhalb des Sonnensystems herauszufinden. Forschenden ist es nun erstmals gelungen, tief in die Atmosphärenschichten von Wasp-121-b zu blicken. Im Fachmagazin „Nature“ berichten sie von kräftigen Winden, die Elemente wie Eisen über den heißen Planeten bewegen und für komplexe Wettermuster sorgen.

Wasp-121-b liegt etwa 900 Lichtjahre von uns entfernt und ist ein sogenannter heißer Jupiter, ein Gasriese, der extrem nah um seinen Stern kreist. Das ist eine Planetenklasse, die in unserem Sonnensystem nicht vorkommt. Für eine Runde um seinen Stern benötigt Wasp-121-b lediglich 30 Stunden. Zudem befindet er sich in gebundener Rotation: Eine Seite zeigt immer zum Stern und die andere immer vom Stern weg. Dadurch herrschen auf dem Exoplaneten extreme Temperaturunterschiede. Auf der Tagseite wird es bis zu 3000 Grad Celsius heiß. Die Nachtseite ist mit etwa 1500 Grad Celsius auch heiß, aber deutlich kühler als die Tagseite.

Julia Seidel von der Europäischen Südsternwarte in Chile und ihr Team haben die Atmosphäre von Wasp-121-b nun zur am besten erforschten Atmosphäre außerhalb des Sonnensystems gemacht. Dazu kombinierten sie Archiv-Daten von 2018 und neue Daten von 2023 des ESPRESSO-Instruments des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile. Insgesamt haben sie so einen kompletten Transit des Exoplaneten vor seinem Stern beobachten und vermessen können.

Stürmischer als jeder Hurrikan

ESPRESSO ist ein Spektrograph und kombiniert das Licht, das vier unterschiedliche Teleskop-Einheiten empfangen. Mit der vierfachen Lichtmenge ist es möglich, auch schwächere Details aus den verschiedenen Atmosphären-Schichten abzubilden. Die Forschenden haben mit ESPRESSO drei verschiedene chemische Elemente analysiert, um drei verschiedene Atmosphärenschichten zu untersuchen, in denen die jeweiligen Elemente vorkommen.

In der unteren Schicht kommen Eisen-Winde vor, die Materie von der heißen Tagseite des Planeten zur kühleren Nachtseite bewegen. Darüber umspannt ein Jetstream aus Natrium den halben Planeten und verteilt Materie um den Äquator. Und ganz oben wehen Wasserstoff-Winde. Die Intensität dieser Winde ist keinesfalls zu unterschätzen. Laut Julia Seidel seien selbst die stärksten Hurrikans auf der Erde ruhig im Vergleich zum Jetstream auf Wasp-121-b.

In Zukunft möchten die Forschenden auch die Atmosphären und damit das Wetter auf kleineren, erdähnlicheren Exoplaneten untersuchen. Dazu benötigen sie das Extremely Large Telescope, welches aktuell in der Atacamawüste in Chile gebaut wird und 2028 an den Start gehen soll.